納米陶瓷
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納米陶瓷范文第1篇
1 前言
陶瓷材料作為材料業的三大支柱之一,在日常生活及工業生產中起著舉足輕重的作用。陶瓷又可分為結構陶瓷和功能陶瓷,結構陶瓷具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕以及質量輕、導熱性能好等優點;功能陶瓷在力學、電學、熱學、磁光學和其它方面具有一些特殊的功能,使陶瓷在各個方面得到了廣泛應用。但陶瓷存在脆性(裂紋)、均勻性差、韌性和強度較差等缺陷,因而使其應用受到了一定的限制。
隨著納米技術的廣泛應用,納米陶瓷隨之產生。利用納米技術開發的納米陶瓷材料是利用納米粉體對現有陶瓷進行改性,通過在陶瓷中加入或生成納米級顆粒、晶須、晶片纖維等,使晶粒、晶界以及他們之間的結合都達到納米水平,使材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高,克服了工程陶瓷的許多不足,并對材料的力學、電學、熱學、磁光學等性能產生重要影響,為陶瓷的應用開拓了新領域。
2 納米陶瓷的特性
納米陶瓷是指顯微結構中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料,也就是說陶瓷的晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級的水平上。由于納米陶瓷的界面占有可與顆粒相比擬的體積百分比、表面活性高、小尺寸效應以及界面的無序性使它具有不同于傳統陶瓷的獨特性能.
2.1納米陶瓷的超塑性
所謂超塑性是指在拉伸試驗中,在一定的應變速率下,材料產生較大的拉伸形變。一般陶瓷中,并不具備金屬那樣的晶格滑移系統,因此,陶瓷材料在通常情況下呈脆性,很難具備超塑性。因為納米材料具有較大的界面和表面眾多的不飽和化學鍵,界面的原子排列是相當混亂的,原子在外力變形的條件下很容易遷移,因此表現出甚佳的韌性與延展性。同時在納米陶瓷材料中,晶界相所占的體積分數很大[1]。例如,Nieh 等人在3Y- TZP (3mol%氧化釔的四方多晶氧化鋯陶瓷)的陶瓷材料中觀察到超塑性達800%。國內的上海硅酸鹽研究所研究也發現,納米3Y- TZP經室溫循環拉伸試驗后,樣品的斷口區域發生了局部超塑性形變,形變量高達380%,并在斷口側面觀察到了大量的滑移線[2]。納米TiO2陶瓷在室溫下就可發生塑性形變,在180℃下塑性形變可達100%[3]。納米陶瓷材料的超塑性潛力,給陶瓷材料在低溫度、高應變速率下進行塑性成行加工帶來了希望。
2.2納米陶瓷的鐵電性能
陶瓷的鐵電性能與它的晶粒尺寸有很大的關系。一般認為,隨著晶粒尺寸的變小,鐵電材料的鐵電性能降低,而且存在一個臨界尺寸,當材料的晶粒大小低于這個尺寸時,鐵電材料的鐵電性消失。各種鐵電材料的臨界尺寸一直是人們研究的熱點,在所有的鐵電材料中,鈦酸鋇陶瓷的臨界尺寸是研究最多的。研究表明: 當晶粒尺寸小于1?m時,隨著陶瓷晶粒的變小,鈦酸鋇陶瓷的介電常數減少[4]。但當晶粒尺寸在納米范圍內時,這個規律發生了變化,當晶粒尺寸為50nm時,鈦酸鋇陶瓷的介電常數約為780[5];當晶粒尺寸為30nm時,鈦酸鋇陶瓷的介電常數約為1600[6],但當晶粒尺寸為8nm,它的介電常數增大到1800[7]。
2.3納米陶瓷的增韌
由于納米陶瓷的晶粒尺寸極小,納米材料具有很大的比表面積,表面的原子排列混亂,納米晶粒易在其它晶粒上運動,使納米陶瓷在受力時易于變形而不呈現脆性。室溫下,納米TiO2 陶瓷表現出很高的韌性,壓縮至原長度的1/4仍不破碎。另外,在微米級的陶瓷中引入納米相,可以抑制基體晶粒長大,使組織結構均化,有利于改善陶瓷材料的力學性能。再如在陶瓷制品中添加適量的納米SiO2,不但大大降低了陶瓷制品的脆性,而且使其韌性一躍幾倍至幾十倍,光潔度明顯提高。張宏泉研究結果表明:納米SiO2的存在使AlN陶瓷在氧化過程中形成Mnllite保護層,故AlN陶瓷具有良好的力學性能及高溫抗氧化性能[8]。
3 納米陶瓷的燒結
對于納米陶瓷來說,它與其它陶瓷燒結的不同之處在于,普通陶瓷的燒結一般不必過多考慮晶粒的生長,而在納米陶瓷的燒結過程中必須采取一切措施控制晶粒長大。由于納米陶瓷粉體具有巨大的比表面積,使作為粉體燒結驅動力的表面能劇增,擴散增大,擴散路徑變短,所以納米粉體燒結與常規粉體的燒結相比,其燒結活化能低、燒結速率快、燒結開始溫度降低。
在納米陶瓷粉體的燒結中,由于擴散速率加快,外加應力和剩余應力共同作用,使小晶粒通過晶界滑移,以一種更致密有效的方式排列[9]。陶瓷粉體的納米燒結致密化中,粒子之間頸的形成并不是隨意的,而是在粒子表面通過相互平行的,結晶排列的小刻面之間的有序配合形成的[10]。因此要獲得納米陶瓷,必須控制其晶粒長大。本節主要介紹應用廣泛并且比較流行的納米陶瓷的一些特殊的燒結方法并對其燒結機理進行解釋。
3.1兩步燒結法
一般的無壓燒結是采用等速燒結進行的,即控制一定的升溫速度,到達預定溫度后保溫一定時間獲得燒結體。在無壓燒結中,由于溫度是唯一可以控制的因素,因此如何選擇最佳的燒結溫度,從而在控制晶粒長大的前提下實現坯體的致密化,是納米陶瓷制備中最需要研究的問題。兩步燒結法的目的是要避開燒結后期的晶粒生長過程,其基本做法是:首先,將燒結溫度升至較高的溫度,使坯體的相對密度達到70%左右;然后,將燒結溫度降到較低的溫度下保溫較長的時間使燒結繼續進行而實現完全的致密化,這一階段晶粒沒有明顯生長。從燒結理論上看,兩步燒結法是通過巧妙的控制溫度的變化,在抑制晶界遷移(這將導致晶粒長大)的同時,保持晶界擴散(這是坯體致密化的動力)處于活躍狀態,來實現在晶粒不長大的前提下完成燒結的目的。運用兩步燒結法,得到了密度高達99%以上,晶粒尺寸為60nm的Y2O3陶瓷和晶粒尺寸僅為8nm完全致密的BaTiO3陶瓷(清華大學制備) [7,11]。
3.2放電等離子燒結(SPS)
SPS(Spark Plasma Sintering)最早出現在20世紀60年代,如今的SPS是在PAS(Plasma Activated Sintering)的基礎上設計出來的。SPS除了象傳統的熱壓燒結通過電產生的焦耳熱和加壓造成的塑性變形這兩個因素來促使燒結過程的進行外,還在壓實顆粒樣品上施加了由特殊電源產生的直流脈沖電壓,并有效地利用了粉體間放電所產生的自發熱作用。外加脈沖電流使晶粒表面大大活化,激活能與無壓力燒結相比大幅度下降,同時能實現試樣整體快速加熱至燒結溫度并借助壓力驅動,使致密化加速而不使晶粒迅速長大。SPS系統可用于短時間、低溫、高壓(500~1000MPa)燒結,也可以用于低壓(20~30MPa)、高溫(1000~2000℃)燒結,因此可廣泛地用于金屬、陶瓷和各種復合材料的燒結,包括一些難以燒結的材料。用SPS方法,人們成功燒結得到了晶粒尺寸為的30nm的致密BaTiO3陶瓷[6]。
3.3微波燒結
微波燒結是利用微波電磁場中陶瓷材料的介質損耗使材料整體加熱至燒結溫度而實現燒結和致密化。微波燒結的原理與常規燒結工藝有本質的區別:常規燒結時熱量是通過介質由表向里擴散,而微波燒結則利用了微波的體加熱特性,即材料吸收的微波能被轉化為材料內部分子的動能和勢能,使材料整體同時均勻加熱,因此其加熱和燒結速度非常快;由于材料內外同時均勻受熱,使試樣內部的溫度梯度很小,從而可使材料內部熱應力減至最小,這對于制備超細晶粒結構的高密度、高強度、高韌性材料非常有利。此外,在微波電磁能的作用下,材料內部分子(或離子)的動能增加,使燒結活化能降低、擴散系數提高,因此可實現低溫快速燒結,使微粉晶粒來不及長大就已完成燒結,從而制備出保持微細晶粒的燒結體。另外,微波輻射加熱主要通過材料中的電偶極子來實現,材料中這種偶極子的主要位置就是晶界12]。
3.4 超高壓燒結
超高壓燒結指在大于1GPa的壓力下進行燒結。其特點是,不僅能夠使材料迅速達到高密度,晶粒尺寸可以達到納米范圍內,而且使晶體結構甚至原子、電子狀態發生變化,從而賦予材料在通常燒結或熱壓燒結工藝下所達不到的性能,而且可以合成新的材料[13-18]。
對納米材料來講,高壓燒結過程中的燒結動力主要有兩個方面:
(1) 沒有施加外力時的燒結動力,由晶粒曲率的變化而引起;
(2) 外力作用下的燒結動力。在高壓燒結時,施加壓力可促進燒結致密化,并降低燒結溫度,可根據默瑞的熱壓致密化方程(塑性流動理論)[19]來解釋。
4 納米復相陶瓷
納米復相陶瓷是指通過有效的分散、復合而使異質相(第二相)納米粒子均勻彌散地分布在陶瓷基體中而得到的復合材料。Newnham[20] 將納米復相陶瓷按聯綴模式作了如下分類:0-0、0-1、0- 2、0-3、1-1、2-1、2-2、2-3、1-3、3-3(數字代表維數,前一數字表示第二相,后一數字表示基體相)。Niihara[21] 將納米復相陶瓷按微觀結構分為4類:晶間型-A、晶內型-B、混合型-C、納米/納米復合型- D。在前3類中,基體相可以是非納米相,納米尺寸的二次相顆粒分布在基質材料的晶粒之中或晶粒之間,二者直接鍵合甚至形成共格結構,因此,不僅可以提高陶瓷材料的力學性能,還可以提高陶瓷材料的高溫性能;納米/納米復合材料中兩相都由納米級尺寸晶粒組成,這種微觀結構使納米復相陶瓷具有納米材料的特性。
人們研究納米復相陶瓷的主要目的是充分發揮陶瓷的高硬度、耐高溫、耐腐蝕性并改善其脆性, 應用于高溫燃氣輪機、航天航空部件等。人們對納米復相陶瓷的研究也主要集中在它的制備和特性上。常用的燒結納米陶瓷的方法都可以來燒結納米復相陶瓷方法。在陶瓷基體中引入納米分散相并進行復合,所制得的納米陶瓷復合材料的綜合力學性能更是得到大幅度提高。上世紀90年代末,日本Niihara首次報道了以納米尺寸的碳化硅顆粒為第二相的納米復相陶瓷,如Al2O3/SiC(體積分數為5%) 晶內型納米復合陶瓷的室溫強度達到了單組分Al2O3 陶瓷的3~4倍,在1100℃強度達1500MPa[22,23]。Tatsuki 等人對制得的Al2O3/SiC納米復相陶瓷進行拉伸蠕變實驗,結果發現伴隨晶界的滑移,Al2O3 晶界處的納米SiC 粒子發生旋轉并嵌入Al2O3 晶粒之中,從而增強了晶界滑動的阻力,也即提高了Al2O3/SiC納米復相陶瓷的蠕變能力[24]。納米復相陶瓷性能提高的原因是納米顆粒超細微粉分布在材料在內部晶粒內,增強了晶界強度,提高了材料的力學性能,易碎的陶瓷可以變成富有韌性的特殊材料。
5 展望
隨著移動通訊和衛星通訊的發展,尤其是近些年來,功能陶瓷的一個重要的發展趨勢就是器件重量不斷減輕、尺寸不斷縮小。小型化、集成化、片式化、多層化、多功能化漸漸成為發展的/微型化的技術基礎。功能陶瓷納米化、納米陶瓷、納米器件是信息陶瓷進一步發展的必然趨勢,也正成為國際研究的一個新的熱點。正因為納米陶瓷具有優良力學性能和某些特殊的功能,使納米陶瓷在多方面都有廣泛的應用,并在許多超高溫、強腐蝕等苛刻的環境下起著其他材料不可替代的作用,具有廣闊的應用前景。
納米陶瓷的燒結與常規材料的燒結有很大的不同,要從根本上解決納米陶瓷的燒結問題,需要進行新的燒結理論的研究和大量的試驗。由于納米材料有很多新奇的特性,使納米陶瓷的燒結出現了很多新問題,經典的陶瓷材料燒結前期、中期和后期的燒結理論已不再適用于納米陶瓷,如兩步法燒結的第二步需要很長的燒結時間,而放電等離子燒結、超高壓燒結和微波燒結等都只需要很短的時間,因此,有必要對納米陶瓷粉體的致密化過程加以重新認識,以建立新的納米陶瓷粉體燒結理論。另一方面,通過大量的試驗,運用不同的燒結方法來探索納米陶瓷的燒結行為,得到最優的燒結方法。對于納米復相陶瓷來說,在組織與結構上向更精細方向進行優化和控制,在組成上向多相復合化的方向組合,在性能上向多功能方向耦合,由結構復合向結構功能一體化方向發展,使納米陶瓷材料不僅滿足力學性能的要求,同時還具有聲、光、電、磁、熱等某方面或多方面的性能。
目前納米陶瓷材料的研究尚屬起步,許多工藝問題有待解決,納米陶瓷許多新的性能需要挖掘。如做外墻用的建筑陶瓷材料則具有自清潔和防霧功能,而且隨著陶瓷尺寸達到納米范圍內時,陶瓷的各種性能隨晶粒尺寸變化的規律即“尺寸效應”還沒有被人們掌握,同時,對納米陶瓷新穎的性能的機理等許多方面也需要進一步研究。隨著科學技術的迅速發展和新工藝的運用,如何用更好的和普遍適用的燒結方法來燒結得到納米陶瓷和發現納米陶瓷新的性能將是以后人們研究的重點。
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納米陶瓷范文第2篇
關鍵詞：氧化鋁陶瓷；硬度；抗彎強度；彈性模量
1 前言
氧化鋁陶瓷，又稱剛玉瓷，是一種以a-Al2O3為主晶相的結構陶瓷材料，由于其本身具有高熔點、高硬度、耐熱、耐腐蝕、電絕緣性好等特性，因此，可以在較苛刻的條件下使用。氧化鋁陶瓷的價格低廉，是目前生產量最大，應用面最廣的陶瓷材料之一，主要應用于刀具、耐磨部件及生物陶瓷領域。此外，它還廣泛應用于宇航、能源、航空航天、化學化工電子等方面[1]。近年來，由于對材料性能的要求高，人們提出各種提高氧化鋁陶瓷性能的方法，其中主要有：熱壓燒結[2-4]、放電等離子燒結[5]、微波燒結[6]和加入添加劑[7]等。結果表明：采取一些新的措施后，使得氧化鋁陶瓷在抗彎強度和硬度等方面的性能大大地提高。
本文以1μm 氧化鋁粉為基體材料，分別加入0%、0.5%、1%、5%、10%和20%的30nm的納米氧化鋁粉；采用常規方法燒結得到一系列的氧化鋁陶瓷；然后對氧化鋁陶瓷的硬度、抗彎強度和彈性模量等方面的性能進行了測試。
2 實驗內容
2.1 實驗原料
本實驗用的1μmAl2O3粉是由鄭州融華公司生產，產品的基本參數為：外觀為白色粉末、晶粒的平均粒徑為1～1.5μm、晶體結構為α相，純度≥99.8%，其他雜質為Na2O、SiO2和Fe2O3。30nm的Al2O3是由杭州萬景新材料有限公司生產，產品的基本參數為：外觀為白色粉末、晶體結構為α相，純度≥99.9%、晶粒的平均粒徑為30±5nm。
2.2 試驗過程
本實驗采用常規燒結方法來燒結氧化鋁陶瓷。其具體過程如下：首先，30nm的Al2O3粉成形前需用超聲波分散；然后，按照配方的要求準確稱取所需的量加入到1μm 的Al2O3粉中；其次，再將質量分數為5%的PVA（聚乙烯醇）作為粘結劑加入到Al2O3粉中；最后，研磨均勻，在250 MPa的壓力下壓成尺寸約為3mm×4mm×36mm的坯體。樣品在常規燒結中，其燒成制度為：升溫速率為3℃/min，燒結溫度為1600℃，保溫時間為2h；達到保溫時間后隨爐冷卻，樣品經過粗磨、細磨、拋光；然后采用萬能材料試驗機測試其三點抗彎強度，要求試件跨距為30mm、加載速度為0.5mm/min。試樣硬度由洛氏硬度計測得。
3 結果分析與討論
加入不同含量的30nm Al2O3粉的氧化鋁陶瓷的力學性能如圖1、2、3所示。
由圖1可知，隨著納米氧化鋁粉含量的增加，樣品的洛氏硬度（HRA）一直增加。當含量從0%增加到1%時，其洛氏硬度從82.2迅速增加到84.6。當添加量在5%～20%之間時，增加速度較慢，其最大值為86.4。由圖2可知，斷裂強度的變化曲線與硬度變化不同，隨著納米氧化鋁粉的加入，斷裂強度值的整體變化趨勢為先降低，后增加。當添加量為0 %時，其斷裂強度值為199.5MPa；隨著納米氧化鋁粉的加入量為0.5%時，其斷裂強度降低到190.1MPa；當納米氧化鋁粉的加入量為20%時，斷裂強度值增加到209.1 MPa。由圖3可知，當納米氧化鋁粉的加入量為0%時，其彈性模量為4337.7 MPa；當納米氧化鋁粉的加入量為0.5%時，彈性模量增加到11298.2 MPa；當納米氧化鋁粉的加入量為10%時，彈性模量達到最大，其值為64785.1 MPa。
從上面的分析可知，總體趨勢是隨著30nm的Al2O3的加入，氧化鋁陶瓷的硬度、抗彎強度和彈性模量都增加，但其影響的趨勢和程度不同。一般認為，加入納米材料后樣品力學性能的提高，其主要是因為納米材料占據基體空隙位置和細化晶界所導致的。
4 結論
在1μm 的Al2O3粉中添加不同含量的30nm的氧化鋁粉后，其氧化鋁陶瓷的性能發生了改變。
（1） 隨著納米氧化鋁粉含量的增加，樣品的洛氏硬度（HRA）一直增加。當添加含量為20%時，洛氏硬度達到最大，其值為86.4。
（2） 隨著納米氧化鋁粉含量的增加，斷裂強度值的整體變化趨勢為先降低，后增加。
（3） 隨著納米氧化鋁粉含量的增加，彈性模量呈增加趨勢，當添加量為10%時，其值達到最大，為64785.1 MPa。
（4） 加入納米材料后樣品力學性能在不同程度上得到了提高，其主要是因為納米材料占據了基體空隙位置和細化晶界所導致的。
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納米陶瓷范文第3篇
關鍵詞：納米；發動機油；行車試驗
中圖分類號：TE626.32 文獻標識碼：A
0 前言
以納米材料作為油的添加劑是近幾年納米材料應用研究的熱點，但由此制成并工業化生產的納米油卻鮮有報道。青島康普頓石油化學有限公司早在2002便開始了納米材料在油領域的應用研究。經過幾年的潛心工作，于2005年推出了康普頓納米陶瓷機油。為進一步探討納米機油的作用機理和應用功效，青島康普頓石油化學公司進行了一系列的實驗室模擬試驗、發動機臺架試驗和實際的行車試驗。作為行車試驗的一部分，試驗車輛的發動機均進行了拆檢。本文通過對發動機磨損部位的磨損情況和沉積物情況的分析，詳細評價了該機油的使用性能。
1 試驗內容
1.1 試驗用油
本次試驗用油為青島康普頓石油化學有限公司生產的康普頓納米陶瓷機油SJ 5W/40，參比油為從市場上購買的某知名品牌的SL 5W/40機油，其理化指標見表1。
1.2 試驗用車
試驗選用青島市第二汽車運輸公司巴士分公司的7輛公交車進行試驗，其主要技術指標及運行狀況見表2。
1.3 試驗過程
首先放凈發動機油，對發動機進行拆驗，對活塞、油底殼等清洗，進行需要尺寸和重量的記錄，更換三濾、活塞環，裝入試驗油。每(2000±200) km采集油樣，為減少補加油量對試驗油的影響，按規定里程熱車取樣，并嚴格控制每次采油200 mL。取樣后應補加相應數量的新油，按照試驗要求對采集樣品及時做出分析。
2 試驗結果分析
2.1 試驗車部位變形尺度分析
試驗過程中，對每輛試驗車發動機的主要部位做了精密測量，以求詳細考察油品的性能，計算結果見表3。
通過表3可知：試驗車與參比車的圓度變化為0.001 mm，0.005 mm；錐度變化為0.001 mm，0.004 mm；活塞裙部直徑變化為0.002 mm，0.003 mm；活塞開口變化量均為0.010 mm；連桿直徑均無變化。
2.2 發動機部位摩擦失重分析
試驗過程中，對發動機的進、排氣閥和連桿軸瓦清洗、干燥，稱量計算如表4。
通過表4可以看出，在摩擦部件的失重方面，使用康普頓納米陶瓷機油SJ 5W/40的車輛較使用SL 5W/40車輛排氣閥平均失重降低了37.2%；進氣閥平均失重降低了40.7%；連桿軸瓦平均失重降低了29.7%,這說明康普頓納米陶瓷機油具有優異的抗磨損能力。
2.3 發動機沉積物分析
參照“進氣閥積炭CRC評分級別”對實驗車發動機的進氣閥積炭情況進行了評分，如表5。
參照SH/T 003標準對發動機活塞環的活動性進行評價，如表6。
通過表5、表6、表7可以得出：無論是參比油SL 5W/40還是康普頓納米機油SJ 5W/40都具有較好的清凈分散性，試驗車輛在實驗里程內發動機清凈狀況都不錯。
3 結論
通過對實際行車試驗車輛的拆檢分析得：康普頓納米陶瓷機油SJ 5W/4和參比油SL 5W/40相比較在油品的抗氧化性能、清凈分散性能相差無幾的情況下，具有優異的抗磨性能，可顯著減少機件的摩擦。
THE FIELD TEST OF COPTON NANO CERAMIC ENGINE OIL SJ 5W/40
WANG Qiang, ZHANG Hong-fu, XIAO Shu-mei, CHEN Jing, SUN Shu-ying, SHI Yan-hui, HU Bao-kun
（Qingdao Copton Petrochemical Co., Ltd., Qingdao 266100, China）
納米陶瓷范文第4篇
論文摘要：本文從納米材料在催化方面、涂料方面、其它精細化工方面和醫藥方面的應用等幾個方面探討了其在化工生產中的應用。
有人曾經預測在21世紀納米技術將成為超過網絡技術和基因技術的“決定性技術”，由此納米材料將成為最有前途的材料。它所具有的獨特的物理和化學性質，使人們意識到它的發展可能給物理、化學、材料、生物、醫藥等學科的研究帶來新的機遇。納米材料的應用前景十分廣闊。近年來，它在化工生產領域也得到了一定的應用，并顯示出它的獨特魅力。
一、納米材料在工程上的應用
納米材料的小尺寸效應使得通常在高溫下才能燒結的材料如 si c, bc等在納米尺度下在較低的溫度下即可燒結 ,另一方面 ,納米材料作為燒結過程中的活性添加劑使用也可降低燒結溫度 ,縮短燒結時間。由于納米粒子的尺寸效應和表面效應 ,使得納米復相材料的熔點和相轉變溫度下降 ,在較低的溫度下即可得到燒結性能良好的復相材料。由納米顆粒構成的納米陶瓷在低溫下出現良好的延展性。納米 ti o2 陶瓷在室溫下具有良好的韌性 ,在 1 80°c下經受彎曲而不產生裂紋。納米復合陶瓷具有良好的室溫和高溫力學性能 ,在切削刀具、軸承、汽車發動機部件等方面具有廣泛的應用 ,在許多超高溫、強腐蝕等許多苛刻的環境下起著其它材料無法取代的作用。隨著陶瓷多層結構在微電子器件的包封、電容器、傳感器等方面的應用 ,利用納米材料的優異性能來制作高性能電子陶瓷材料也成為一大熱點。有人預計納米陶瓷很可能發展成為跨世紀新材料 ,使陶瓷材料的研究出現一個新的飛躍。納米顆粒添加到玻璃中 ,可以明顯改善玻璃的脆性。無機納米顆粒具有很好的流動性 ,可以用來制備在某些特殊場合下使用的固體劑。
二、納米材料在涂料方面的應用
納米材料由于其表面和結構的特殊性，具有一般材料難以獲得的優異性能，顯示出強大的生命力。表面涂層技術也是當今世界關注的熱點。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統的涂層技術，添加納米材料，可獲得納米復合體系涂層，實現功能的飛躍，使得傳統涂層功能改性。涂層按其用途可分為結構涂層和功能涂層。結構涂層是指涂層提高基體的某些性質和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統涂層沒有的功能。結構涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學涂層，導電、絕緣、半導體特性的電學涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進一步提高其防護能力，實現防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛生用品上應用可起到殺菌保潔作用。在標牌上使用納米材料涂層，可利用其光學特性，達到儲存太陽能、節約能源的目的。在建材產品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達到減少光的透射和熱傳遞效果，產生隔熱、阻燃等效果。
日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過復合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應。在汽車的裝飾噴涂業中，將納米tio2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統汽車面漆舊貌換新顏。納米sio2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米sio2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強度成倍地增加。納米涂層具有良好的應用前景，將為涂層技術帶來一場新的技術革命，也將推動復合材料的研究開發與應用。
三、納米材料在催化方面的應用
催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經驗進行，不僅造成生產原料的巨大浪費，使經濟效益難以提高，而且對環境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍。
光催化反應涉及到許多反應類型，如醇與烴的氧化，無機離子氧化還原，有機物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實現的。半導體多相光催化劑能有效地降解水中的有機污染物。例如納米tio2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對光穩定，無毒，便宜易得，是制備負載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報道，選用硅膠為基質，制得了催化活性較高的tio／sio2負載型光催化劑。ni或cu一zn化合物的納米顆粒，對某些有機化合物的氫化反應是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應效率、優化反應路徑、提高反應速度方面的研究，是未來催化科學不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業上的應用帶來革命性的變革。
四、納米陶瓷材料增韌改性
納米陶瓷范文第5篇
[關鍵詞]納米SrTiO3；包覆；介電常數；介電損耗
中圖分類號：TS980.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）16-0400-01
1.引言
由于納米SrTiO3具有極大比表面能和表面積，極易團聚，因此制約其納米材料的優異性能，而且SrTiO3基陶瓷材料也存在著不足，如SrTiO3電容器在高溫高壓領域中晶界勢壘會減弱，導致漏電流增大[1]。為了克服這些缺點，科研工作這對SrTiO3基陶瓷進行改性。目前，其改性方法主要表面包覆改性[2，3]和摻雜[4]兩種。而傳統摻雜改性的方法是將摻雜后的SrTiO3粉體經球磨、混合、成型和燒結而實現，但這種方法很難充分混合，化學計量難以控制。因此，本工作研究采用非均勻形核法在納米SrTiO3基陶瓷粉體表面包覆MgO，以改善其性能。
2.實驗過程
以CH3（CH2）11SO4Na作為分散劑，將通過溶膠-水熱法自制的納米SrTiO3制備成穩定的懸浮液；然后加入MgCl2?6H2O作為包覆物，磁力攪拌30min，包覆物的量分別為：1mol%、3mol%、5mol%、10mol%；加入適量KOH溶液，經洗滌、干燥、800℃煅燒后即可得包覆SrTiO3末樣品，再在1320℃下造粒燒結2h，最后制成MgO包覆SrTO3基復合陶瓷。
3.結果和討論
3.1 MgO包覆納米SrTiO3基復合陶瓷的XRD分析
將燒結好的陶瓷樣品，用日本理學Rigaku D/Max 2500V型的X射線粉末衍射儀對樣品進行測試。如圖1所示XRD圖譜分析的結果。隨著包覆量的增大，可以看到圖中做標記的地方出現雜峰，對皮PDF標準卡片可以知道，雜峰為MgO。說明在高溫燒結后樣品只存在SrTiO3和MgO兩個相。第二相MgO相在SrTiO3晶界析出，形成第二相MgO，最終形SrTiO3陶瓷基相的包覆相，符合我們的預期。
3.2 MgO包覆納米SrTiO3基復合陶瓷的介電性能分析
3.2.1介電常數ε的變化
由圖2中左圖的曲線可以看出，隨著MgO包覆量增加，SrTiO3基包覆陶瓷介電常數一直減小，其原因是：MgO的相對介電常數只有10左右，而室溫下純SrTiO3的介電常數為300，根據復合效應，MgO包覆量的增加必然會導致SrTiO3基包覆型復合陶瓷介電常數的降低。同時，隨著氧空位的增加將會破壞Ti-O鏈的諧振動從而降低SrTiO3基包覆型復合陶瓷的自發極化能力使居里溫度下降[5]。從而造成室溫下SrTiO3基包覆型復合陶瓷介電常數下降。
3.2.2介電損耗tanδ的變化
從圖1右圖中的曲線可以看出，隨著包覆量的增加，介電損耗不斷減少。鐵電陶瓷材料的高頻損耗機理目前還不清楚，一般認為主要是結構損耗占主導作用，這種損耗與材料結構的緊密程度有關。曲遠方[6]曾指出凡是影響儲能陶瓷電解質電導和極化的因素都會影響其介電損耗，因此復合陶瓷的化學成分、相結構、芯-殼結構等因素都會影響復合陶瓷的介電損耗。因此，室溫下復合陶瓷的介電損耗比較低。
4 結論
本實驗工作用MgO納米SrTiO3進行包覆后，SrTiO3基包覆型復合陶瓷介電性能明顯改善，介電常數減小，居里峰變寬。而且隨著包覆介質MgO的不斷加入，其介電系數和借點損耗的不斷降低，所以在一點程度上包覆離子可以改善其電性能，但是當包覆的第二相越來越多時候，反而影響本基體的性能。
參考文獻
[1] Rout S K PS， Bear J . . Study on electrical properties of Ni-doped SrTiO3 ceramics using impedance spectroscopy. Indian Academy of Science 2005，28：275-279.
[2] 常亮亮.鈦酸鍶摻雜改性研究進展.材料開發與應用，2014，01：89-93.
[3] 劉波，莊志強，劉勇，王悅輝.粉體的表面修飾與表面包覆方法的研究. 中國陶瓷工業，2004.
[4] 莊志強.粉體的表面修飾和表面包復與新一代電子陶瓷改性研究. In： 中國電子學會電子元件學術年會，2004.
[5] Liang Xiaofeng WW，Meng Yan.Chinese Journal of Rare Metals 2003，99：366-369.
[6] 曲遠方.功能陶瓷及應用.In.北京：化工工業出版社，2003.
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